Güneş panellerinden elektrik nasıl üretilir?
Güneş enerjisi bedava ve sonsuz bir enerji türüdür. Yenilenebilir özelliğine sahiptir. Bu büyük ve temiz enerji kaynağı, günümüzde enerji ihtiyacımızın önemli bir kısmını karşılamak amacı ile kullandığımız ve hava ile sularımızı kirleten, sağlığımızı bozan ve küresel ısınmaya yol açan fosil yakıtlarına karşı çok iyi bir alternatif olarak karşımızda durmaktadır. Oldukça yaygın bulunabilen bu son derece temiz enerji kaynağını hala kullanmamak; çocuklarımıza ve gelecek nesillere yapılacak en büyük haksızlık ve adaletsizliktir. Hatta en büyük kötülüktür.
Güneş enerjisi dünyadaki bütün doğal yaşamı destekler ve kullandığımızı neredeyse tbütün enerji çeşitlerinin de temelidir. Güneş bitkilerin büyümesini sağlamakla önemli bir görevi yerine getirmektedir. Bitkileri yakmak suretiyle enerji sağlayabiliriz veya bataklıkların diplerinde çürümüş olan bitkiler milyonlarca yıl boyunca yüksek basınç altında kalarak kömüre ya da petrole dönüşürler. Kömür ve petrolü yakarak her yerde kolaylıkla kullanılan bir enerji sağlarız. Yeryüzeyine düşen güneş ısısı farklı sahalarda farklı ısınmalara neden olur ve bu ısı farklılıkları da rüzgarlara sebep olur. Rüzgar türbinleri ile de elektrik üretiriz. Güneş ayrıca su yüzeylerini ısıtarak buharlaşmayı sağlar ve yükselen su buharları bulutları meydana getirir. Bulutlar yağmur olur yeryüzeyine düşer; akıntılar, nehirler meydana getirir. Nehirlere hidroelektrik santraller yapılmak suretiyle akan nehrin su hızından yararlanılarak elektrik üretiriz. Ama güneş enerjisi dediğimizde; direkt olarak güneşten elde edebileceğimiz ısı, ışınma ve elektrik enerjileri akla gelir.
Dünya yüzeyine düşen güneş enerjisi miktarı son derece büyüktür. Yeraltındaki bütün kömür, petrol ve doğalgaz rezervlerinin depolanmış enerjisi; 20 gün boyunca yeryüzüne düşen güneş ışığı ile karşılanabilir. Dünya atmosferi dışında, güneşin enerjisi yaklaşık bir metre kareye 1300 wattır. Bu enerjinin bir kısmı uzay boşluğuna geri yansıtılır, bir kısmı da atmosfer tarafından emilir. Yeryüzeyine ulaştığı zaman, öğle vakti bulutsuz bir havada, güneş ışığı enerjisi yaklaşık olarak bir metre karede 1000 wattır. Bir metre kare bir alana düşen güneş enerjisini yakalayabilsek, bir yıl boyunca günde ortalama 4.2 kilowatsaat enerji elde ederiz. Ya da bir yılda bir varil petrolün enerjisi kadar büyük bir enerji üretebiliriz.
Silikon gibi bazı materyaller güneş enerjisini doğrudan doğruya elektrik enerjisine çevirmek gibi bir özelliğe sahiptirler. Buna fotovoltaik etkisi adı verilmektedir. Bu konsept solar panel yapımında kullanılarak bazı binaların elektrik üretmesini sağlamıştır.
19. yüzyılda keşfedilmiş olan fotovoltaik etkisi, yarı iletken olarak adlandırılan bazı materyallerin güneş ışığını direkt olarak elektriğe çevirebilmesi olayıdır. Günümüzde değişik teknolojiler solar kollektörler yardımıyla elektrik üretebilirler. Bu güneş gücü elektriği şebekeden herhangi bir bağlantısı olmayan veya şebekeyi besleyecek şekilde yerel olarak üretilebilir.
Fransız bilim adamı Edmund Becquerel 1839 yılında bazı materyallerin güneş ışığına tutulduğu zaman elektrik kıvılcımı çıkardığını keşfetmiştir. 1800’lü yılların sonlarında selenyumdan yapılmış olan basit güneş hücreler ile bu fotoelektrik etki kullanılıyordu. 1950’lerin sonlarında ise Bell Laboratuarlarında çalışan bilim adamları bu teknolojiyi, silikon kullanarak geliştirmişler ve ilk elektrik üreten güneş hücrelerini yapmışlardır.
Klasik fotovoltaik hücreleri genel olarak silikondan yani yarıiletken malzemeden yapılan elektronik bileşenlerdir. Bu malzeme fotonları soğurarak, onların enerjisini elektrik moleküllerine çevirir. Bu moleküller hücrelerin ön ve arka taraflarında toplanır.
Burada yaratılan gerilim bir elektrik akımı oluşturur. Modüllere ve panellere monte edilmiş olan hücreler, yeteri kadar yüksek gerilim elde etmek için kendi aralarında da seriler halinde birbirine bağlıdır.
Fotonlar yarı iletken materyalin yüzeyine ulaştığı zaman, enerjilerini elektronlara transfer ederler. Daha sonradan gelenler hareket halindedirler ve böylece güç yaratılmış olur. Elde edilen akım, alınan ışık miktarı ile doğru orantılıdır. Doğru akım daha sonra şebekeyi beslemek üzere inverterlar aracılığı ile alternatif akıma çevrilir.
Elektrik elde etmek için kurulan güneş panellerinin üretkenliği 3 temel faktöre bağlıdır:
1- Bölgedeki günışığı miktarı
2- Maske etkisi (çatıdaki gölgeler)
3- Çatı açısı ve yönü
Güneş panelleri, evlerde modüler sistemler olarak kurulabilir. Genel olarak çatılara monte edilir. Bu paneller ya tek başlarına, ya da elektrik şebekesine bağlı olarak kullanılabilirler. Bu iki sistemde PV’nin kullanımı çok farklıdır. Tek başına kurulmuş olan PV sistemler, elektrik şebekesine bağlı olmayan konutlar içindir ve bütün elektrik ihtiyacını karşılarlar. Gündüz üretilen elektrik, akülerde depolanır ve ihtiyaç duyulduk vakit, bilhassa geceleri kullanılır.
Şebekeye bağlı sistemler ise genel olarak ihtiyacın %50’si ya da biraz daha fazlasını karşılayacak şekilde tasarlanır ve kurulur.